השער Controlled-NOT (CNOT) הוא שער קוונטי בסיסי של שני קיוביטים הממלא תפקיד מכריע בעיבוד מידע קוונטי. זה חיוני להסתבכות של קיוביטים, אבל זה לא תמיד מוביל להסתבכות של קיוביט. כדי להבין זאת, עלינו להתעמק בעקרונות המחשוב הקוונטי ובהתנהגות הקיוביטים בפעולות שונות.
במחשוב קוונטי, קיוביטים יכולים להתקיים במצבי סופרפוזיציה, המייצגים גם 0 וגם 1 בו זמנית. בעת החלת שערים של קיוביט בודדים, כגון שער פאולי-X או שער Hadamard, על קיוביט במצב סופרפוזיציה, זה יכול לשנות את אמפליטודות ההסתברות של המצבים מבלי להסתבך את הקיוביט עם אחר. משמעות הדבר היא ששערים של קיוביט בודדים יכולים לתפעל את המצב של קיוביט מבלי ליצור הסתבכות עם קיוביטים אחרים.
מצד שני, שער ה-CNOT פועל על שני קיוביטים, המכונה בדרך כלל קיוביט הבקרה וקיוביט היעד. שער ה-CNOT הופך את המצב של קיוביט היעד אם ורק אם קיוביט הבקרה במצב |1⟩. פעולה זו גורמת להסתבכות בין שני הקיוביטים אם קיוביט הבקרה נמצא במצב סופרפוזיציה. כאשר קיוביט הבקרה נמצא בסופרפוזיציה של |0⟩ ו-|1⟩, המצב המתקבל לאחר החלת שער ה-CNOT הוא מצב מסובך של שני הקיוביטים.
עם זאת, אם קיוביט הבקרה נמצא במצב מוגדר (או |0⟩ או |1⟩), שער ה-CNOT מתנהג כמו שער XOR קלאסי, והוא אינו מסבך את הקיוביטים. במקרה זה, ניתן לבטא את מצב הפלט כמכפלת טנזור של מצבי הקיוביט הבודדים, מה שמצביע על כך שהם אינם מסתבכים.
כדי להמחיש את המושג הזה, הבה נבחן דוגמה שבה קיוביט הבקרה נמצא במצב |0⟩ והקיוביט היעד נמצא במצב |+⟩ (מצב סופרפוזיציה). החלת שער CNOT בתרחיש זה תגרום לכך שקיוביט היעד יישאר ללא שינוי, מה שמראה שהסתבכות לא התרחשה.
בעוד שער ה-CNOT הוא כלי רב עוצמה לסבך קיוביטים, היכולת שלו לסבך קיוביטים תלויה במצב קיוביט הבקרה. כאשר קיוביט הבקרה נמצא במצב סופרפוזיציה, שער ה-CNOT יכול לסבך קיוביטים; אחרת, הוא מתנהג בצורה קלאסית ואינו יוצר הסתבכות.
שאלות ותשובות אחרונות אחרות בנושא יסודות המידע הקוונטי של EITC/QI/QIF:
- כיצד פועל שער השלילה הקוונטי (קוונטי NOT או שער פאולי-X)?
- מדוע שער המרד ניתן להפיכה עצמית?
- אם למדוד את הקיוביט הראשון של מצב הפעמון בבסיס מסוים ואז למדוד את הקיוביט השני בבסיס המסובב על ידי תטא זווית מסוימת, ההסתברות שתקבלי השלכה לוקטור המתאים שווה לריבוע הסינוס של תטא?
- כמה פיסות מידע קלאסי יידרשו כדי לתאר את המצב של סופרפוזיציה שרירותית של קיוביט?
- לכמה ממדים יש רווח של 3 קיוביטים?
- האם המדידה של קיוביט תהרוס את הסופרפוזיציה הקוונטית שלו?
- האם לשערים קוונטיים יכולים להיות יותר כניסות מאשר פלטים בדומה לשערים קלאסיים?
- האם המשפחה האוניברסלית של שערים קוונטיים כוללת את שער ה-CNOT ושער הדמרד?
- מהו ניסוי חריץ כפול?
- האם סיבוב מסנן מקטב שווה ערך לשינוי בסיס מדידת קיטוב הפוטונים?
הצג שאלות ותשובות נוספות ב-EITC/QI/QIF Information Quantum Fundamentals
עוד שאלות ותשובות:
- שדה: מידע קוונטי
- תכנית: יסודות המידע הקוונטי של EITC/QI/QIF (ללכת לתוכנית ההסמכה)
- שיעור: עיבוד מידע קוונטי (עבור לשיעור בנושא)
- נושא: שערי קווביט בודדים (עבור לנושא קשור)